土力学“三性”实验教学模式的探索与实践

曾召田 莫红艳 颜荣涛 牟春梅 朱银红 张芹

摘  要：從工程教育专业论证对土力学实验教学的要求出发，对我校土木工程专业的土力学实验教学现状进行了深入分析，从实验内容、师资队伍、教学手段、管理模式、考核标准等方面对土力学“三性”实验教学模式进行了有益探索，旨在通过“三性”实验教学模式的实践，培养学生的创新意识和科研能力，实现“工程教育专业认证合格人才”的培养目标。

关键词：土力学;“三性”实验;教学模式;工程教育专业论证

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）05-0095-03

Abstract： Starting from the requirements of engineering education majors for the experimental teaching of soil mechanics， the author analyzes the current situation of soil mechanics experiment teaching in civil engineering majors in our school. From the experimental content， the teaching staff， teaching methods， management mode， assessment criteria， etc.， the "three features" experimental teaching mode of mechanics is carried out useful exploration. It aims to cultivate students' innovative consciousness and scientific research ability through the practice of "three features" experimental teaching mode， and realize the training goal of "engineering education professional certification qualified talents".

Keywords： soil mechanics; the "three features" experiment; teaching mode; engineering education professional argumentation

随着高校教育体制改革的不断深入和工程教育专业论证工作的开展，大学生素质教育已被提到一个新的高度。而实验教学是培养学生创新能力和提高学生综合素质的重要课堂，是为学生打开研究殿堂的重要环节，时代的发展需要我们改革落后陈旧的教育观念和传统的教学模式，需要我们构建更合理的实验教学体系，用新的理念来进行实验教学，是高校教育改革发展的需要，是社会进步的需要。

《土力学》作为土木工程专业学生必修的一门专业基础课程，具有非常强的实践性，其实验是必不可少的教学环节。在目前日新月异的时代发展面前，岩土实验教学已经不仅仅要求是对理论课程知识的重现、验证，更重要的是，通过实验，让学生把所学习的理论知识进一步的理解并掌握，以此来认识岩土材料的自然规律和性质，并培养学生的创新意识和创新精神，养成学生理论联系实际的良好习惯。因此，对原有实验教学模式进行变革，探索和实践一种能够促进学生能力培养和技能提高的实验教学模式，已成为了目前各高校实验教学改革的重点内容。

本文基于桂林理工大学土木工程专业的土力学实验教学现状，剖析了当前教学模式的弊端，提出了一种土力学“三性”实验教学新模式，并进行了有益探索和实践，旨在全面地提高学生土工实验技能，进一步提高学生的创新性思维，培养学生的科学素养，为岩土工程“三性”实验教学模式的实施提供指导性意见。

一、土木工程专业土力学实验教学现状剖析

我校土木类专业成立于1995年，目前土木工程专业三个方向（岩土工程、工民建、交通土建）均开设了土力学实验。在传统的实验教学体系中，实验项目以验证性实验为主，老师课堂演示实验，学生被动接收知识、消极实验、缺乏创新意识，目前土力学实验的教学现状主要表现为以下几个方面。

（一）实验教学内容简单陈旧

由于课时限制，目前我校土木工程专业开设的土力学实验项目主要有：1. 土的密度、含水率及土粒相对密度等物理性质指标的测定;2. 土体抗剪强度、压缩系数等力学指标的测定。这些实验教学内容的优点是可操作性好、实验时间短，缺点是内容简单、陈旧，脱离了工程实践，未反映科技发展，因此，不利于全面培养学生的动手操作、综合分析、解决问题的能力。

更有甚者，为了缩短实验时间满足课时偏少的需要，大部分实验项目缩短了观测时间、简化实验步骤或由实验教师课前先完成几个环节的操作。譬如，黏性土的固结实验过程中，采用施加一级荷载，观测时间由标准的24h缩减为5min;土体直剪、压缩等实验，实验教师提前做了大量的备样工作。课堂上，学生只能进行几个简单环节的操作，不能参与实验的全过程，割裂了实验各环节之间的联系，因此学生对整个实验感到很抽象，实验技能也得不到提高。

由于实验内容简单，学生只要按照老师的讲解内容进行模拟操作，同时由于学生人数多、仪器设备数量不够等条件限制，有些实验只能分组进行，不能人人都能动手操作，因此学生的实验兴趣锐减，积极性受到打击，主观能动性得不到充分发挥。

（二）实验教学方式单一枯燥

在实验教学中，教学方法具有举足轻重的作用，可称之为“教学的灵魂”。在课堂上，教师采用合适的教学方法和手段，能够激发学生的实验兴趣，达到事半功倍的效果。然而现阶段，由于各种客观因素的限制，土力学实验教学一直沿袭“课前准备-课堂授课-学生实验-数据处理”四阶段的传统教学模式。在这四个阶段中，实验教师准备仪器设备、课堂讲解示范实验过程、巡回指导学生完成实验，因此，教师在整个教学模式中处于主导地位;而学生课前预习实验内容、课堂听老师讲解、分组实验、处理数据、撰写实验报告，被动地接收相关知识。

上述教学模式的优点：1. 有利于培养学生处理数据、操作仪器、撰写报告等基本实验素质;2. 促进学生对土力学基本理论的理解与消化。缺点在于：1. 不利于调动学生独立思考和发挥学生的主动性;2. 不利于培养动手能力;3. 许多学生在实验过程中不知所措，实验效果不好。

（三）实验考核评价体系不合理

目前，学生根据分组实验撰写的实验报告是我校教师对学生实验水平评判的基本依据。这种实验评价方式反映不了学生在实验过程中的具体表现，学生个体的实验水准得不到真实的反映;另一方面，这种简单的实验评价模式也容易造成学生相互抄袭、篡改数据的现象，不利于学生实验技能和科学素质的培养。

二、土力学“三性”实验教学模式的构建

一般地，综合性、设计性和创新性实验统称为“三性”实验，它是一种设计内容广、教学要求高、以自我训练为主的实验教学模式。我校土木工程专业于2017年5月顺利通过了教育部的“工程教育专业论证”，再次强调了《土力学》作为土木工程专业基础课的核心地位。以此为契机，课题组提出了土力学“三性”实验教学模式的构建方案。

（一）设置合理的土力学“三性”实验项目及内容

选择合适的实验项目，是搞好实验教学的首要条件。因此，为提高学生对实验课的兴趣，让学生具有发挥的空间性和实际的应用性。因此，课题组经过调研、讨论，对土力学的岩土实验项目及内容进行合理设置：

1. 保留基本的验证性实验，全部设置为“必做”项目，如土的密度、含水率、土粒相对密度等物理性质指标测试。这些实验是学生进行土工实验的基础，能有效培养学生基本的实验技能;同时，这些实验内容源于理论教学，可以促进学生对土力学基本理论的掌握。

2. 开设一些综合性实验，全部设置为“必做”项目。如混合土的颗粒分析实验，实验过程中，需要采用不同的实验方法和仪器：粗颗粒采用筛分法、细颗粒采用比重计法分别进行颗粒分析实验，综合两部分实验数据进行颗粒分析，绘出混合土的颗粒级配曲线。在这些综合性实验过程中，学生需要运用综合的实验知识或实验手段，有效提高学生的知识-能力-素质的综合能力。

3. 开设设计性实验，全部设置为“选做”项目。实验过程中，学生自行设计实验方案、进行相关实验和分析实验结果，学生作为了实验的主体，根据自己的兴趣或特长，利用现有实验条件进行简单的科研活动。这些实验项目包括实验方法对抗剪强度指标的影响、排水条件对三轴剪切强度的影响等。

4. 开设创新性实验，主要分2类：第1类，大学生课余相关的科技活动，如“大学生创新创业”、“互联网+”、“挑战杯”等;第2类，一线教师邀请学生参加的部分课题实验工作。这类实验对学生的要求相对较高，需要学生具有一定的专业理论知识、基本实验技能和综合分析能力。同时，指导教师对参与项目的学生进行全过程指导，帮助学生确定正确的实验方案和步骤，并对实验过程和结果进行严格把关，培养学生开展科学研究的意识。

（二）优化土力学实验教学师资队伍

针对“三性”实验的“自主、创新、实践”等特点，土力学实验教师必须具备4个特征：1. 专业理论功底扎实;2. 工程实践经验丰富;3. 关注岩土学科的发展动态;4. 拥有一定的科学思维能力。

根据以上目标，现有的土力学实验教学师资队伍需要采取以下3方面的措施进行优化：1. 安排实验室现有教师走出去，进行有关的专业培训，鼓励实验教师积极参加工程实践;2. 鼓励教研室理论教师参与实验教学工作，结合自己的科研课题和工程项目，设置设计性、创新性的岩土实验;3. 从校外土木工程单位聘请经验丰富的高级工程师指导岩土实验的相关教学活动。

（三）完善实验教学方法和手段

为了提高教学质量，达到土力学“三性”实验教學的培养目的，实验教师在教学过程中必须运多种教学方法，合理利用多媒体、视频、图片、互联网等现代化教学手段，激发学生对岩土实验的兴趣。让学生作为实验的主体，教师只需给予必要的指导和建议，学生在实验中获得成就感和满足感，从而提高学习的积极性和创造性。

（四）改革实验室开放模式

“三性”实验对实验室管理提出新要求，即具有开放性的实验室管理制度，实验设备的使用、流动更为灵活。为了适应“三性”实验的要求，实验室对管理模式进行相应改革：1. 定时定期开放实验模式（10：00～20：00）——学生自主安排实验时间，采取实验预约制度，每组人数为1～2人，大大增加了学生的动手机会;主要针对验证性实验和综合性实验;2. 自主式实验模式——由指导老师审核实验方案，办理实验室门禁卡，学生可自己安排时间进行实验，具有更大的灵活度;主要针对设计性实验和创性实验。

（五）健全实验考核方式

与传统的验证性实验相比较，“三性”实验具有更大的难度，实验过程中需要学生认真思考、积极探索、有效解决相关问题，这是一系列的主观能动性表现;实验结果并不是最终的考核评价标准，允许学生在科研探索中出现实验失败。因此，改变以往“基于学生实验报告”进行评价的实验核评价模式，教师对学生考核成绩应来源于实验前的准备、过程中的表现以及试验后的结果分析等进行综合考虑，鼓励学生对实验进行创新性设计、合理大胆尝试新的实验方法，充分调动学生的主观能动性和积极性。

三、实践成效

土力学“三性”岩土实验教学模式在我校土木工程专业学生中实施近2年，取得了以下实践成效：

1. 综合性、设计性、创新性等岩土实验项目的开设，提高了实验难度，增加了选择自由度。在整个实验过程中，学生作为了实验的主体，具有更大的自主性，分析问题、解决问题的能力不断提高。

2. 部分学生在教师指导下，根据自身兴趣和特长，成立实验兴趣小组，在课余时间很好地完成设计性岩土实验项目。学生通过查阅文献，自主设计实验方案，通过沟通、交流，激发了学生探索新知的欲望。

3. 部分同学参与了岩土专业教师承接的横向工程实践课题，运用专业知识解决工程实际问题，有效提高自己的工程实践能力。

4. 通过“三性”岩土实验的训练，学生自主学习能力、创新思维能力、科研探索精神等得到了培养与提升，有效促进了大学生创新创业活动的开展。譬如，我校2016级土木工程专业学生吕玉辉主持申报的“三轴试验中饱和黏性土剪破角的测试与分析”，获得2017年大学生创新创业项目（国家级）资助并于2018年6月顺利结题，本文第一、第二作者共同为该项目的指导教师。

参考文献：

[1]曹中一.三性实验的内涵与特征[J].實验室研究与探索，2003，22（4）：10.

[2]朱群峰，江世明，黄磊.“三性”实验教学模式的探索与实践[J]. 中国电力教育，2008（18）：132-133.

[3]谭甲凡，成运，黎建辉，等.“三性”实验教学的研究与探讨[J].湖南人文科技学院学报，2009（2）：139-140.

[4]孙家国，谷艳玲.土木工程专业“三性”实验教学体系的研究[J]. 凯里学院学报，2012，30（3）：154-157.

[5]申有名，周诗彪，郑清云，等.应用化学“三性”实验教学新体系的构建和实践[J].广州化工，2015，43（6）：197-199.

[6]李艳玲.综合性设计性实验的开设与管理[J].实验室研究与探索，2008，27（8）：110-111.

[7]闫蕊鑫.新形势下土力学实验课程教学模式探索[J].科教文汇，2015（7）：60-61，64.

[8]汤劲松，丁军霞，陈瑞英，等.基于卓越工程师培养的土力学实验教学改革[J].教育教学论坛，2014（13）：45-47.

[9]曾召田，朱银红，莫红艳，等.“三性”岩土实验教学体系中实验项目的设计及实践[J].高教学刊，2018（19）：74-76.

[10]曾召田.浅谈土力学实验教学中存在的问题及改革措施[J].科技视界，2013（5）：97-98.

[11]朱银红，迟国东，刘宝臣，等.改革教学方法 激发学生学习兴趣 培养学生实践能力[J].高教论坛，2008（02）：71-72，78.